ФИЗИКА Рад. Рад константне силе над системом = F d cos θ

Transcript

1 ФИЗИКА 2009 Понедељак, 26. Октобар, Рад 2. Кинетичка енергија 3. Потенцијална енергија 1. Конзервативне силе и потенцијална енергија 2. Неконзервативне силе. Отворенисистеми 4. Закон одржања енергије 5. Снага 1. Енергетика 2. Рад, енергија и снага људи. Ефикасност 6. Импулс. Закон одржања импулса 1. Импулс и други Њутнов закон 2. Закон одржања импулса 26 Октобар 2009 Физика Рад Свакодневни појам нештојетешкоурадити У физици пренос енергије са тела на тело или прелазак енергије из једног облика у други. Да би био извршен рад - мора да постоји сила. 26 Октобар 2009 Физика Рад константне силе над системом = F d cos θ 26 Октобар 2009 Физика

2 Рад константне силе над системом = F d cos θ Када стојимо рад је нула, али се умарамо држећи терет. Зашто? Мишићи се контрахују и опуштају. 26 Октобар 2009 Физика Када се крећемо по хоризонтали рад је опет нула јер нема промене висине у пољу Земљине теже. Угао између силе и помераја је прав па је косинус једнак нули. 26 Октобар 2009 Физика Промена енергије тела услед извршеног рада и обрнуто 26 Октобар 2009 Физика

3 Још о раду Скаларна величина SI Јединица за рад Џул(joule) (J=N m) Аконателоделујевишесила, укупан рад је једнак алгебарском збиру рада извршеног појединачним силама 26 Октобар 2009 Физика Кинетичка енергија Шта се дешава када се изврши рад над системом? Предаје му се нека енергија. Зависи од ситуације Ако тело наставља при том да се креће константном брзином енергија се троши на кретање и савладавање силе трења - косачица. Кофер при подизању добија енергију која може да се користи за вршење рада - потенцијална 26 Октобар 2009 Физика Рад константне силе 26 Октобар 2009 Физика

4 Рад силе која није константна 26 Октобар 2009 Физика Рад константне силе 1димензија, тело је било у x 0 и имало брзину v o сила дуж брзине тела убрзава га додатно рад на померању од x 0 до x где је d = x-x 0 A=Fd 2. Њутнов закон ma=f A=m a d 26 Октобар 2009 Физика Рад константне силе и кинетичка енергија формула из кинематике v 2 =v 02 +2ad a=(v 2 -v 02 )/(2d) Замена у израз за рад A=md(v 2 -v 02 )/(2d) Након сређивања A=mv 2 /2-mv 02 /2 Теорема о раду и енергији извршени рад једнак је промени величине mv 2 /2 (кинетичка енергија тела=е k ) енергија коју има тело услед кретања. 26 Октобар 2009 Физика

5 Гравитациона потенцијална енергија mg = -mg e y d=(y f -y i ) e y A g =Fd=Fdcosθ, θ=0 ο A g = -mg e y (y f -y i ) e y = mgy i - mgy f E p = mgy гравитациона потенцијална енергија коцки је расла брзина, тиме и кинетичка енергија док јој се потенцијална смањивала A g = E pi -E pf =-(E pf -E pi ) A g = - E p e y 26 Октобар 2009 Физика Потенцијална енергија еластичних деформација Хуков закон F=k l=kx 26 Октобар 2009 Физика Потенцијална енергија еластичних деформација Сила линеарно расте од 0 до kx Средња вредност силе је F=kx/2 Рад је (површина троугла на слици) A=Fd=kx/2 x = kx 2 /2 Рад је прешао у потенцијалну енергију деформисане опруге E p = kx 2 /2 26 Октобар 2009 Физика

6 Конзервативне силе и потенцијална енергија Акосеопругаистегнеодx i до x f, рад над њом је Рад извшен над опругом је једнак разлици потенцијалних енергија 26 Октобар 2009 Физика Конзервативне силе и потенцијална енергија Деформисање опруге изазива у њој појаву еластичних сила супротно усмерених онима које деформишу опругу. Акојебиларастегнута, њен рад, при релаксирању до равнотежног положаја Ова рад је једнак негативном прираштају потенцијалне енергије 26 Октобар 2009 Физика Конзервативне силе и потенцијална енергија И рад гравитационе и еластичне силе зависи само од крајње и почетне тачке путање - анеиодначинакакоседошлоод једне до друге. Силе са том особином се називају конзервативне. Када се поклопе почетна и крајња тачка - рад је 0. Теорема о раду и енергији за конзервативне силе (A=A c ) 26 Октобар 2009 Физика

7 Конзервативне силе и потенцијална енергија Рад се врши на рачун нагомилане потенцијалне 26 Октобар 2009 Физика Конзервативне силе и потенцијална енергија Рад се врши на рачун нагомилане потенцијалне Почетни и крајњи тренутак су произвољни Закон одржања енергије за случај када на систем делују само конзервативне силе - збир кинетичкеи потенцијалне енергије у систему је константан. Такав систем се назива затворен. (Јермусеукупнаенергијанемењасавременом) 26 Октобар 2009 Физика Неконзервативне силе. Отворени системи Конзервативне силе. Раднезависиодобликапутање Механичкаенергијасеодржава- конзервише Системи су затворени. Друга класа сила су неконзервативне. Игра није него у Музичкој слагалици на РТС1: Радзависиодобликапутање Механичкаенергијасенеодржава Системи су отворени. 26 Октобар 2009 Физика

8 Неконзервативне силе. Отворени системи 26 Октобар 2009 Физика Неконзервативне силе. Отворени системи При раду неконзервативних сила систему се или додаје или одузима енергија При трењу се загрева површина - кинетичка енергија прелази у топлоту која напушта систем. Аутомобил који кочи - потребно једа изгубимеханичку енергију да би се зауставио. 26 Октобар 2009 Физика Октобар 2009 Физика

9 Неконзервативне силе. Теорема о раду и енергији Кад постоје и неконзервативне силе рад је збир. Кад постоје и неконзервативне силе, укупна механичка енергијасемењазаизносрадауправотихсила 26 Октобар 2009 Физика Закон одржања енергије Укупна енергија је константна у сваком процесу. Она може да мења облик и да прелази из система у систем, али у целини остаје једнака током времена. E r остале форме енергије (авион кинетичка услед кретања, потенцијална јер је на некој висини, неконз. сила отпора вадуха, остале форме топлота која се ослобађа при сагоревању керозина ) Општа форма закона одржања енергије 26 Октобар 2009 Физика Октобар 2009 Физика

10 Снага снага снажан човек, мотор,... снажни мотори за краће време убрзају ауто до жељене брзине и за то троше више енергије у јединици времена. Снага брзина вршења рада СИ јединица - Ват 1 KS=746 W Сијалица од 60 W троши 60 J сваке секунде 26 Октобар 2009 Физика Снага 26 Октобар 2009 Физика Снага До Земље долази са Сунца 1,2 kw/m 2. Ефикасност при преласку енергије из једног облика удругиникадније100% Сијалица са ужареном нити Од 60 W, само 5Wје светлосна енергија Остатак је...? Електрана конвертује 35-40% горива у електричну енергију Остатак? 26 Октобар 2009 Физика

11 Потрошња електричне енергије Ако су познате снаге уређаја у домаћинству Р Утрошена енергија је На рачунима је утрошена (електрична) енергија у kwh. 26 Октобар 2009 Физика Рад, енергија и снага људи у људском организму се одвијају трансфери енергија из једног облика у друге храном унета енергија иде на рад, топлотну и хемијску енергију (гомила се у масним наслагама) око 5% хране бива неискоришћено и избацује се из организма. Рад људског тела користан рад на другим телиме померање. Промена положаја нашег тела унутрашњи рад рад органа (срца, желуца, плућа, бубрега,..) 26 Октобар 2009 Физика Силе којима делујемо су неконзервативне - мењају укупну механичку енергију тела 26 Октобар 2009 Физика

12 Ефикасност Енергетска ефикасност: однос извршеног корисног рада и унете енергије извршени рад форма енергије енергија добијена на основу хране-енергије унете у тело подели се временом и добија се однос добијене и унете снаге 26 Октобар 2009 Физика Октобар 2009 Физика Ефикасност људског тела последица ефикасности мишића у конвертовању енергије добијене храном у користан рад сам мишић: 25-30% реално је мања јер функционише у склопу тела Храна спада у остале врсте енергије приликом варења прелази у друге облике Троши се и кисеоник па се потрошња енергије при активностима може везати и за потрошњу кисеоника 26 Октобар 2009 Физика

13 26 Октобар 2009 Физика Утрошак енергије у људском телу све активности организма захтевају енергију при спавању активности мишића срца, дигестивног тракта, плућа,... бубрези и јетра,... око 25% унете енергије се троши на одржавање електричног потенцијала у ћелијама 26 Октобар 2009 Физика Импулс Импулс (количина кретања) и 2. Њутнов закон Ова форма је општија од раније јер обухвата и случај кретања тела променљиве масе 26 Октобар 2009 Физика

14 Закон одржања импулса ефекат деловања силе на неко тело зависи и од њеног интензитета (и правца и смера) иод тога колико дуго делује на тело. Импулс силе је једнак промени импулса тела 26 Октобар 2009 Физика други камион се креће брже од првог, сустиже га и удара другом камиону се смањи брзина а првом повећа 26 Октобар 2009 Физика промене импулса првог и другог камиона су 3. Њутнов закон закон одржања импулса Укупан импулс затвореног системасенемењасавременом 26 Октобар 2009 Физика

15 Већи I мања ω Одржање момента импулса мањи I већа ω мањи I већа ω I ω = const 26 Октобар 2009 Физика Кретање тела променљиве масе семинарски-ракете, сипе, Октобар 2009 Физика